智能儀器的抗干擾措施

  智能儀器的抗干擾措施 
   3.4.1 硬件抗干擾技術
   3.4.1.1 電源系統的抗干擾技術
   為了抑制電網干擾所造成穩壓的波動，可以采取以下一系列措施： 采用能抑制交流電源干擾的計算機系統電源，如圖3-7 所示。圖中，電抗器用來抑制交流電源線上引入的高頻干擾，讓50HZ 的基波通過；變阻二極管用來抑制進入交流電源線上的瞬時干擾（或者大幅值的尖脈沖干擾）；隔離變壓器的初、次級之間加有靜電屏蔽層，從而進一步減小進入電源的各種干擾。該交流電壓再通過整流電子穩壓后使干擾被抑制到最小。 保險 直流穩壓器電阻 變阻二極 隔離變壓 圖3-7：可抑制交流電源干擾電路原理圖 Fig.3-7: the principles of 50Hz interference restrain power circuit
   不間斷電源UPS 是近年來推出的一種新型電源，它除了有很強的抗電網干擾的能力外，更主要的是萬一電網斷電，它能以極短的時間（≤3ms）切換到后備電源上去， 后備電源能維持10 分鐘以上（滿載）或30 分鐘以上（半載）的供電間，以便操作人員及時處理電源故障或采取應急措施。在要求很高的控制場合可采用UPS。 以開關式直流穩壓器代替各種穩壓電源。由于開關頻率可達20kHz 或更高，因而變壓器、扼流器都可小型化。高頻開關晶體管工作在飽和和截止狀態，效率可達60%～ 70%。而且抗干擾性能強。
   3.4.1.2 串模干擾的抑制
   串模干擾信號和有效信號相串聯，疊加在一起作為輸入信號，因此，對串模干擾的抑制較為困難。對串模干擾應根據干擾信號的特性和來源，分別采用不同的措施來抑制。
   （1）對于來自空間電磁耦合所產生的串模干擾，可采用雙絞線作為信號線，其目的是減少電磁感應，并使各個小環路的感應電勢互相呈反向抵消。也可采用金屬屏蔽線或屏蔽雙絞線。
   （2）根據串模干擾頻率與被測信號頻率的分布特性，采用相應的濾波器，如低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器等。濾波器是一個選頻電路，其功能是讓頻段的信號通過，將其余頻段的信號衰減，濾除。在工業控制中，串模信號往往比被測儀器變化快。故在A/D 轉換器前采用低通濾波器，如選用無源RC 濾波電路，或采用有源低通濾波器，都可以較好的對其濾除。
   （3）當對稱性交變的串模干擾電壓或尖峰型串模干擾成為主要干擾時，選用積分式或雙積分式A/D 轉換器可以消弱串模干擾的影響。因為這種轉換器是對輸入信號的平均值而不是瞬時值進行轉換，所以，對于尖峰型串模干擾具有抑制作用；對稱性交變的串模干擾，可在積分過程中相互抵消。
   （4）當被測信號與干擾信號的頻譜相互交錯時，通常的濾波電路很難將其分開，可采用調制解調器技術。選用遠離干擾頻譜的某一特定頻率對信號進行調制，然后再進行傳輸，傳輸途中混入的各種干擾很容易被濾波環節濾除，被調制的被測信號經硬件解調后， 可恢復原來的有用信號頻譜。
   3.4.1.3 共模干擾的抑制
   共模干擾產生的原因主要是不同的地之間存在共模電壓，以及模擬信號系統對地的漏阻抗。共模干擾的抑制措施主要有：
   1）利用差分運算放大器作為儀器信號處理的前置放大器。
  2）利用變壓器或光藕把各種模擬負載和數字信號源隔離開，被測信號通過變壓器或光藕獲得通路，而共模干擾由于無法形成回路而得到有效的抑制。當共模干擾典雅很高或要求共模漏電流較小時，可在信號源和測量電路之間插入一個隔離放大器，以隔離共模干擾的竄入途徑。
   3）采用雙層屏蔽-浮地輸入方式。將信號線的外皮金屬屏蔽網在信號源接地，而在儀器的模擬信號處理一側不單獨接地。對于信號輸入電路來講兩個輸入端的絕緣電阻應對稱，并且盡量減少線路的不平衡電阻。
   3.4.1.4 接地技術
   接地技術是抑制噪聲的重要手段。良好的接地可以在很大程度上抑制系統內部的噪聲耦合，防止外部干擾的竄入，提高系統的抗力。但是如果接地沒有做好，不僅不能起到抑制噪聲的作用，還會引入噪聲。 接地的”地”通常是指“大地” –電器設備的金屬外殼，等通過接地線與地球大地相通的接地，和“系統地” –信號回路的基準導體。接“大地”是為了提供靜電屏蔽和降低電磁感應噪聲，接“系統地”是為了給各個電路模塊提供穩定的基準電位。 接地通常可以分為： 安全接地：設備金屬外殼的接地； 工作接地：信號回路接基準點位點； 屏蔽接地：電纜、變壓器的屏蔽層接地； 對于智能儀器而言，屏蔽接地是一種廣泛采用的抑制變化電場干擾的方法。
   3.4.1.5 其他的一些硬件抗干技術
    除了上述這些抗干擾方法之外，還有去耦電路設計技術, 電磁屏蔽技術和隔離技術等方法[15] 。
   3.4.2 軟件抗干擾技術
   根據竄入系統的干擾信號對儀器干擾的不同方式軟件抗干擾可以分為：
   1．數字濾波方法：
  數字濾波是一種軟件算法，它實現從采樣信號中提取出有效信號數值，濾除干擾信號的功能。當干擾信號疊加在被測模擬輸入信號上時，通過軟件的數字濾波可以剔出虛假信號求得真值。
   2．CPU 的抗干擾方法- 掉電保護技術，軟件指令冗余措施，軟件陷阱抗等 當竄入儀器的干擾作用在了CPU 上時，將使系統處于嚴重失控狀態，典型的干擾方式是影響了CPU 的程序計數器（pc 指針）。干擾將使程序無序的亂跳或在地址空間內亂飛。 軟件陷阱和指令冗余等方法，可以在時間攔截亂飛的程序，使其納入正軌或進入的程序處理。
   1) 時間冗余技術
   通過采用重復執行某一程序并將兩次運行的結果進行比較的方法來確定系統是否工作正常。比較結果如果一致，則認為結果可信。如果不一致，則進行第三次測試。如果三次結果不一致，則認為系統發生故障，需經一步檢查，如果有兩次一致， 則認為出錯的結果為偶然性故障。 時間冗余技術是以時間來換取系統的可靠性，在增加系統可靠性的同時，也減緩了系統運行的速度。
   2) 指令冗余技術
   為了使走飛的程序在程序區盡快納入正軌，使用一些單字節的命令（如空指令NOP）插入到程序的關鍵地方。 在雙字節指令之后加入幾個NOP 指令，可以保證其后的指令不被拆散。因為走飛的程序即使落在操作數上，由于NOP 的存在，不會將后面的指令當成操作數執行。 對于那些程序跳轉指令（如:RET, LCALL,LJMP 等）在程序指令的后面重復這些指令可以確保這些指令的正確運行。
   3) 軟件陷阱技術。 當走飛的程序景進入到了非程序區域或表格區域影響到PC 指針時，必須通過設置軟件陷阱的方法攔截走飛的程序，將其引入到正確的程序位置重新運行或交由特定程序執行。
   3．輸出數字信號的抗干擾
   當竄入儀器的干擾作用在了輸出通道上時，在軟件上可以采取以下一些方法提高抗力：
   1）重復輸出同一數據。
  在滿足實時控制的要求前提下，重復周期盡可能短些。外部設備接受到一個被干擾的錯誤信號后，還來不及作出有效的反應，一個正確的輸出信息又來到，就可及時防止錯誤動作的產生。
   2）對于不能重復輸出同一信號的輸出裝置，例如帶自環型分配器和功率驅動器的步進電機，可在軟硬件上采取一些措施。
   3）計算機進行數字信號輸出時，應將有關可編程輸出芯片的狀態也一并重復設置。因為在干擾作用下，這些芯片的編程狀態有可能發生變化。為了確保輸出功能正確實現，輸出功能模塊在執行具體的數據輸出之前，應該先執行芯片的編程指令，再輸出有關數據。
   4）采用抗干擾編碼。按一定規約，將需傳輸的數據進行編碼，在智能接收端，再按規約進行解碼，并完成檢錯或糾錯功能。
   4．程序運行監視系統（WATCHDOG）
    智能儀表采用程序運行監視系統以監視微處理器執行應用程序的狀況，當程序正彈到一個臨時構成的死循環中時看門狗能及時發并強迫系統復位，擺脫死循環狀態，圖3-8 所示是由硬件和軟件配合構成的程序運行監視器。 圖3-8 程序運行監視器 Fig.3-8：Watchdog circuit   開封中儀流量儀表專業開封電磁流量計生產廠家，主要生產電磁流量計，渦街流量計，孔板流量計等。--擴展閱讀：開封中儀流量儀表有限公司專業生產電磁流量計、孔板流量計、渦街流量計、文丘里流量計、v錐流量計、v型錐流量計、噴嘴流量計、插入式電磁流量計、智能電磁流量計、分體式電磁流量計、一體式電磁流量計、標準孔板流量計、標準孔板、一體化孔板流量計、標準噴嘴流量計、長徑噴嘴流量計、標準噴嘴、長徑噴嘴、插入式渦街流量計、智能渦街流量計、錐型流量計、v錐型流量計、節流裝置、節流孔板、限流孔板等流量產品，更多有關電磁流量計、孔板流量計、渦街流量計的信息請訪問開封中儀網站：